SCADA, HMI และ PLC ทำงานร่วมกันอย่างไร

ในโลกที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ไม่น่าแปลกใจเลยที่ความสะดวกสบายส่วนใหญ่ที่เราเคยมองข้ามนั้นเกิดขึ้นได้จากกระบวนการอัตโนมัติ เนื่องจากผู้ปฏิบัติงานซึ่งเป็นมนุษย์ต้องการความเอาใจใส่เพียงเล็กน้อย เครื่องจักรจึงทำหน้าที่สำคัญต่างๆ เช่น การวิเคราะห์ข้อมูล การดำเนินการ และทำงานร่วมกัน

จากความก้าวหน้าของระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ระบบต่างๆ เช่น SCADA จึงถูกผสมผสานเข้ากับส่วนประกอบต่างๆ เช่น PLC และ HMI เพื่อเพิ่มผลผลิต ความสะดวกสบาย และปรับปรุงความปลอดภัยในสภาวะที่เป็นอันตราย

ปัจจุบัน สิ่งอำนวยความสะดวกที่สำคัญหลายร้อยแห่งใช้ระบบ SCADA และ PLC ซึ่งส่วนใหญ่มักจะมี HMI อยู่ด้วย กระบวนการเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับระบบอัตโนมัติและการออกแบบระบบขั้นสูง ระบบเหล่านี้จะยิ่งได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น การใช้ SCADA คาดว่าจะเติบโตขึ้นเกือบ 7 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2024 โดยผู้ผลิตจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ หันมาใช้วิธีการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นนี้

เนื่องจากระบบบางระบบเหล่านี้มีคุณลักษณะและฟังก์ชันที่คล้ายกัน จึงมีความสำคัญมากที่จะต้องทำความเข้าใจว่าระบบเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไรและทำงานอย่างไรเพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมของคุณโดยเฉพาะ

การแยกย่อยอย่างรวดเร็วของ SCADA, HMI และ PLC

ระบบ SCADA จำเป็นสำหรับการทำงานของระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ระบบที่ซับซ้อนเหล่านี้สามารถวิเคราะห์ข้อมูล บันทึกข้อมูล และดำเนินการต่างๆ ได้เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ โดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือจากมนุษย์มากนัก

ระบบการควบคุมดูแลและรวบรวมข้อมูล

การควบคุมดูแลและการรวบรวมข้อมูล หรือ SCADA เป็นกระบวนการควบคุมอัตโนมัติที่ใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่หลายแห่งสำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เช่น โรงงานการผลิต การก่อสร้าง และโรงงานทางวิศวกรรม

SCADA เป็นระบบสองส่วน:

• PLC (ระบบควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้)
• RTU (หน่วยปลายทางระยะไกล)

โดยทั่วไป SCADA จะมีส่วนประกอบแยกต่างหากที่เรียกว่า HMI (Human Machine Interface) โดยสรุปแล้ว SCADA เป็นระบบที่มีทั้งองค์ประกอบซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์สำหรับควบคุมกระบวนการ โต้ตอบ และตรวจสอบและบันทึกข้อมูลผ่าน PLC และ HMI

อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร

HMI คืออินเทอร์เฟซผู้ใช้หรือแดชบอร์ดที่ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถโต้ตอบกับเครื่องจักรได้ HMI ถูกใช้ทั่วโลกในเทคโนโลยีหลากหลาย ตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงโรงไฟฟ้า

HMI ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของซอฟต์แวร์โดยเฉพาะ แต่ใช้เพื่อให้ผู้คนสื่อสารกับเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ HMI ส่วนใหญ่ใช้เพื่อช่วยให้ผู้ใช้เข้าใจและควบคุมข้อมูลด้วยการสัมผัสปลายนิ้วผ่านอุปกรณ์ที่สื่อสารได้ ตัวอย่างเช่น:

• หน้าจอ (ทีวี, คอมพิวเตอร์ หรือภาพยนตร์)
• ปุ่ม
• คันโยก
• เมาส์คอมพิวเตอร์
• คีย์บอร์ด

ระบบ SCADA สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้ HMI แม้ว่ามักจะแนะนำให้ใช้ HMI เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าใจวิธีการสื่อสารกับระบบ และรับการแจ้งเตือนเกี่ยวกับข้อผิดพลาดใดๆ ที่ต้องได้รับการแก้ไข

ตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้

ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้มักถูกอธิบายว่าเป็นไมโครคอมพิวเตอร์ที่สามารถสื่อสารกับวัตถุ ระบบ และเครื่องจักรต่างๆ ได้ ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมและแก้ไขปัญหาเครือข่าย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้จึงเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของระบบ SCADA

ระบบนี้ช่วยลดความยุ่งยากในการใช้งานเครื่องจักรโดยยังคงให้ฟังก์ชันการทำงานที่จำเป็น และสามารถใช้ได้ในทุกสถานการณ์ที่จำเป็นต้องมีคนควบคุมเพื่อการควบคุมที่มีความน่าเชื่อถือสูง นอกจากนี้ เครื่องจักรยังเป็นส่วนประกอบที่ซับซ้อนของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ซึ่งหากไม่มีเครื่องจักร ระบบ SCADA ก็ไม่สามารถทำงานได้

ฟังก์ชันหลักบางประการของ PLC ใน SCADA ได้แก่:

• หุ่นยนต์
• สายการประกอบ
• เคาน์เตอร์
• การวัด
• การคำนวณ
• เซ็นเซอร์
• มอเตอร์
• โคมไฟ
• แฟนๆ
• เบรกเกอร์

บทบาทสำคัญของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมคือการใช้ระบบควบคุมหลายระบบเพื่อควบคุมเครื่องจักรและอุปกรณ์ ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากระหว่างอุตสาหกรรมหลายประเภท เช่น โรงงานผลิตและระบบควบคุมสำหรับอาคาร การขนส่ง และการสื่อสาร

กระบวนการประเภทนี้มีประสิทธิภาพและใช้คอมพิวเตอร์และเครื่องจักรในการทำงานแทนมนุษย์ โดยให้ความสำคัญกับผู้ปฏิบัติงานน้อยมาก ดังนั้น ประโยชน์หลักบางประการของระบบอัตโนมัติ ได้แก่:

• เพิ่มผลผลิตเนื่องจากเครื่องจักรสามารถทำงานได้อย่างไม่เหน็ดเหนื่อย
• ปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์โดยผลิตปริมาณเท่ากันทุกครั้ง
• ลดต้นทุนแรงงานโดยแทนที่คนงานด้วยเครื่องจักร
• ลดการตรวจสอบตามปกติโดยให้ PLC และ HMI ทำงานควบคู่กัน
• เพิ่มความปลอดภัยโดยนำคนงานออกจากสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย

เมื่อพิจารณาถึงประเด็นสำคัญ ระบบอัตโนมัติถือเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการดำเนินขั้นตอนสำคัญโดยแทบไม่ต้องมีการแทรกแซงจากมนุษย์เลย แม้ว่าจะมีการใช้รูปแบบต่างๆ กัน แต่มนุษย์ก็ใช้เทคนิคนี้มานานหลายศตวรรษแล้ว

ประวัติโดยย่อของระบบอัตโนมัติ

แม้ว่าบริษัท Ford Motor จะเป็นผู้ริเริ่มคำว่า "ระบบอัตโนมัติ" ขึ้นในปี 1948 แต่กระบวนการดังกล่าวสามารถสืบย้อนไปถึงอียิปต์โบราณได้ จริงๆ แล้ว กลไกการควบคุมแบบป้อนกลับรุ่นแรกๆ นั้นมีมาตั้งแต่ 270 ปีก่อนคริสตกาล!

ในอีกไม่กี่ศตวรรษต่อมา มนุษย์พยายามค้นหาวิธีที่จะทำให้การทำงานง่ายขึ้น ด้วยการเก็บเกี่ยวอาหาร การสร้างบ้าน และการปฏิวัติอุตสาหกรรม จึงมีวิธีการมากมายที่จะทำให้ชีวิตสะดวกสบายมากขึ้น ตลอดช่วงศตวรรษที่ 19 มนุษย์ได้สัมผัสกับเครื่องจักรที่ควบคุมอัตโนมัติเครื่องแรกๆ เช่น เตาเผา เครื่องยนต์ และเทอร์โมสตัท

เมื่อกาลเวลาผ่านเข้าสู่ศตวรรษที่ 20 ผู้คนต่างใช้ไฟฟ้ากันมากขึ้น และระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมก็เข้ามามีบทบาทอย่างเต็มที่ ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมมีความซับซ้อนมากกว่าระบบอัตโนมัติที่ผู้คนคุ้นเคยกันมาเป็นเวลาหลายปี โดยเป็นการควบคุมและใช้ระบบต่างๆ เพื่อควบคุมอุปกรณ์ เช่น เครื่องจักร

ปัจจุบันมีความต้องการผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์ และสิ่งจำเป็นต่างๆ เช่น การขนส่งและการผลิตไฟฟ้าสูง วิธีที่ง่ายที่สุดวิธีหนึ่งในการตอบสนองความต้องการเหล่านี้คือการใช้ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ระบบที่ครบครันเหล่านี้ช่วยควบคุมส่วนสำคัญของชีวิตเหล่านี้ และต้องใช้ระบบที่มีประสิทธิภาพ เช่น SCADA, PLC และ HMI

SCADA, HMI และ PLC ทำงานร่วมกันในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมอย่างไร?

ในโลกปัจจุบัน มีเทคโนโลยีมากมายที่ต้องตามให้ทัน ดังนั้น แม้ว่าการทำความเข้าใจว่าระบบที่ซับซ้อนอย่าง SCADA ทำงานอย่างไรอาจฟังดูเป็นเรื่องยาก แต่ระบบ SCADA เป็นเพียงห่วงโซ่ข้อมูลที่เรียบง่าย โปรดจำไว้ว่าระบบ SCADA ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำสิ่งต่อไปนี้:

• ทำให้กระบวนการและขั้นตอนเป็นระบบอัตโนมัติ
• ติดตามและวิเคราะห์ข้อมูลและข้อผิดพลาด
• ดำเนินการตรวจสอบไซต์ระยะไกล
• เพิ่มผลผลิตและรับประกันคุณภาพผลผลิตที่เท่าเดิม

แต่ SCADA, PLC และ HMI ทำงานร่วมกันอย่างไร?

ระบบ SCADA เป็นที่เข้าใจกันดีว่าเป็นฐานข้อมูลส่วนกลางที่จัดเก็บและควบคุมการทำงานทั้งหมด ฐานข้อมูลนี้จะสื่อสารกับ PLC ซึ่งเป็นวิธีการทำงานของระบบและการสื่อสารภายในสภาพแวดล้อมการทำงาน หากมี HMI ก็อาจเป็นหน้าจอ ปุ่ม คันโยก หรือแป้นพิมพ์ที่ให้มนุษย์สามารถโต้ตอบกับระบบ SCADA-PLC ได้ ตัวอย่างบางส่วนได้แก่ เครื่องจักรในโรงงาน คอมพิวเตอร์ และยานพาหนะ

ในภาคการผลิตทางอุตสาหกรรม HMI ถือเป็นสิ่งสำคัญในการให้ข้อมูลแก่ผู้ปฏิบัติงาน ระบบ PLC จะระบุปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นในระบบ SCADA และนำเสนอปัญหาเหล่านั้นต่อผู้ปฏิบัติงานผ่าน HMI เพื่อให้สามารถแก้ไขปัญหาได้

โรงงานผลิต

มีอุตสาหกรรมจำนวนนับไม่ถ้วนที่ใช้ระบบอัตโนมัติ แต่อุตสาหกรรมที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ได้แก่:

• อาหาร เช่น ปศุสัตว์ ธัญพืช ผลไม้และผักดองและบรรจุภัณฑ์
• เครื่องดื่มและยาสูบ เช่น น้ำขวด น้ำอัดลม แอลกอฮอล์ บุหรี่ และซิการ์
• สิ่งทอ เช่น ผ้าเครื่องแต่งกาย ผ้าปูที่นอน ผ้าเช็ดตัว และผ้าม่าน
• ผลิตภัณฑ์จากไม้ เช่น ไม้แปรรูป ไม้อัด ไม้วีเนียร์ พื้นไม้ และวัสดุสร้างบ้าน

สามารถพูดได้อย่างปลอดภัยว่าสินค้าต่างๆ เป็นที่ต้องการทั่วโลก ซึ่งนั่นหมายความว่าความต้องการด้านผลผลิตมีสูงกว่าที่เคย เพื่อช่วยตอบสนองความต้องการเหล่านี้ โรงงานผลิตจึงหันมาใช้ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตและผลิตสินค้าคุณภาพสูงได้อย่างสม่ำเสมอ

การผลิตไฟฟ้า

เนื่องจากการใช้ไฟฟ้าทั่วโลกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จึงมีความต้องการการผลิตไฟฟ้าอัตโนมัติมากขึ้น แม้ว่าโรงงานเหล่านี้จะต้องดำเนินการด้วยตนเอง แต่ก็สามารถกระจายผลผลิตได้มากขึ้นด้วยระบบอัตโนมัติ เช่น SCADA

อาหารและค้าปลีก

หากคุณไปที่ร้านฟาสต์ฟู้ดของแมคโดนัลด์เมื่อไม่นานนี้ คุณคงสังเกตเห็นว่าระบบใหม่ล่าสุดของร้านคือตู้รับออเดอร์ ด้วยระบบสั่งอาหารแบบจอสัมผัสอัตโนมัตินี้ ประสิทธิภาพการทำงานจึงเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าลูกค้าจะรอน้อยลง และพนักงานจะมีเวลาทุ่มเทให้กับงานมากขึ้น

อย่างไรก็ตาม แมคโดนัลด์ไม่ใช่บริษัทเดียวที่ใช้ระบบอัตโนมัติ ในร้านอาหารหรือร้านขายของชำใดๆ ก็ตาม คุณอาจพบตัวอย่างของระบบเหล่านี้ได้ เช่น:

• ระบบสายพานลำเลียง
• ตัวเลือกการช้อปปิ้งออนไลน์
• เครื่องคิดเงินอัตโนมัติ
• การส่งของด้วยโดรน

ตัวอย่างที่ดีอีกประการหนึ่งของระบบ SCADA ในร้านค้าปลีกก็คือระบบธนาคารอัตโนมัติ โดยที่ตู้ ATM ช่วยให้ผู้คนสามารถถอนเงินสดจากบัญชีเงินฝากของตนได้ทุกเมื่อ ระบบเหล่านี้ใช้ SCADA, PLC และ HMI เพื่อทำงานร่วมกัน
 

ระบบการเดินทางและขนส่ง

ผู้ปฏิบัติงานพึ่งพาระบบอัตโนมัติเป็นอย่างมากในการควบคุมและตรวจสอบขั้นตอนการขนส่ง ตัวอย่างเช่น:

• เครื่องบิน
• การควบคุมจราจรทางอากาศ
• การบังคับเรือ
• รถไฟ
• การเบี่ยงเบนทางกล
• อุปกรณ์ติดตาม GPS
• ไฟสัญญาณจับเวลาที่ทางแยก

ผู้ปฏิบัติงานจะใช้ HMI ซึ่งอาจเป็นการผสมผสานระหว่างหน้าจอ คันโยก ปุ่ม และแป้นพิมพ์

บทสรุป

ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมกำลังเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานของโลก เครื่องจักรสามารถจัดการและประมวลผลข้อมูลเพื่อเพิ่มผลผลิต ลดต้นทุนแรงงาน และลดการโต้ตอบระหว่างมนุษย์ได้มากกว่าที่เคย ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ